(57)【要約】【課題】  本発明は、接合部を有する構成材の分離回収方法において、これを可能とする分離回収方法とそれに適した継ぎ手構造を提供しようというものである。【解決手段】  構成材から構成材を構成するパーツを分離回収する方法において、接合部に低融点金属を当接し、常温ないしは低い加熱温度で接合界面に低融点金属を拡散させて、液化し、パーツを再利用可能な状態で分離回収することを特徴とする、構成材の分離回収方法。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合された構成材から構成材を構成するパーツを分離回収する方法において、接合部に低融点金属を当接し、常温ないしは低い加熱温度で接合界面に低融点金属を拡散させて、液化し、パーツを再利用可能な状態で分離回収することを特徴とする、構成材の分離回収方法。
【請求項２】
接合された構成材から構成材を構成するパーツを分離回収する方法において、接合部に低融点金属を当接し、常温ないしは低い加熱温度で接合界面に低融点金属を接合界面及びその近傍に拡散させて、液化すると同時に、接合部界面に空隙などの欠陥を導入して、低融点材料の拡散を速め、分離効率を高めたことを特徴とする、構成材の分離回収方法。
【請求項３】
接合される継ぎ手構造において、接合される継ぎ部が、低融点金属と容易に固溶して液化しやすい金属材料によって接合されることを特徴とする、低融点金属の拡散による液化により分離可能とする接合部を有する継ぎ手構造。
【請求項４】
接合される継ぎ手構造において、接合される継ぎ部に、低融点金属に溶けやすいと金属材料を予め挿入しておくことを特徴とする、低融点金属の拡散による液化により分離可能とする接合部を有する継ぎ手構造。
【請求項５】
複数のパーツを接合することによって構成材を作製する方法において、接合面に低融点金属を常温以下の低い温度で拡散させて、接合することを特徴とした、構成材の作製方法。
【請求項６】
該パーツがアルミニウム、スズ、又はインジウムよりなる金属で構成されたパーツである、請求項５記載の構成材の作製方法。
【請求項７】
該低融点金属がガリウムである、請求項５記載の構成材の作製方法。
【請求項８】
該複数のパーツの中の少なくとも一つが、廃棄された構成材に低融点金属を当接し、接合界面ないし近傍に高濃度に拡散させて常温で該接合界面を液化させて分離したパーツである、請求項５ないし７記載の何れか１項記載の構成材の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合された構成材から構成材を構成するパーツを分離回収する方法と分離回収可能な継ぎ手構造に関する。
詳しくは、接合された構成材を常温ないしは低い加熱温度で接合部を液化することによる構成材のパーツ分離回収方法と、これを可能とする分離可能な継ぎ手構造に関する。
さらに詳しくは、接合された構成材の接合部に低融点金属を当接し、常温ないしは低い加熱温度で接合界面に低融点金属を拡散させて、液化し、パーツを再利用可能な状態で分離回収することを特徴とする、構成材の分離回収方法とこれを可能とする継ぎ手構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、我が国はおろか世界的にも循環型社会の構築が叫ばれ、求められている。そのため経済社会から生産され、廃棄されていく製品のリサイクルを進めることは、循環型社会を構築する上において極めて大事であり避けて通ることができない。そのような製品は、これといって特定することなく、何れの製品も複数の部品、パーツが組み合わされ、時には強固に組み付けられていることが多い。製品設計上強固に接合されていることは、これまでの通念からすれば製品の優秀さを示すバロメーターとなっていることが一般的であるが、リサイクル技術の観点からは、厄介な問題を含み、リサイクルを進めるにおいては、隘路となっていた。接合部をして簡単に分離することができるかどうかは、今後リサイクル社会を進めるにおいては重要であり、成功の鍵といっても過言ではなく、分離技術、回収技術の根幹をなし、循環型社会を構築する上で重要な要件事項となってきた。
【０００３】
現状は、家電製品を中心とした大型製品廃棄システムの有料化と徹底した廃棄物の分別化が緒に付いた段階にすぎず、問題が山積みしている。すなわち、有料化、分別化によっても基本的には大量生産−大量廃棄システム、効率の悪い回収システム、といった図式は全く変わっていない。従って、最終処理、最終処分になれば成るほど技術的にも遅れ、多くの問題が残されている。特に、金属を含む製品の廃棄については、大量処理を進めることを急ぐ必要性からか、製品を構成する部品、パーツ類の中には回収すれば充分使用し得るものをも廃棄の対象とされ、機械的に粉砕され、磁選等の分別工程や、燃焼処理工程当を得て、不燃性の金属等の有価物を回収することが行われている。その処理方法は、総じてエネルギー消費型、環境悪化型、後世に問題を残す高コスト型と言え、地球に優しい循環型社会の構築にはほど遠いものであった。
【０００４】
その理由にはいくつかの要因が挙げられる。特に、我々の築いてきた価値観として、前述したように一般に製品設計に廃棄後の分離回収を意図し、これに配慮した設計をするといった思想は極めて希薄で、簡単にパーツを回収することを困難にする事情が潜在的に存在していることが挙げられる。そのため、充分使用し得る状態があるにもかかわらず、標準的耐用期間を基準として、完全廃棄され、結果的に非効率な処理に付されている、というのが現状といえる。勿論、人手がかかる等もリサイクルを阻む要因の一つとしてあげられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような現代社会の抱えている基本的問題に一石当時を投じ、循環型社会に向けて一つの試みを提言するものである。さいわい、近年、地球規模での環境対策の重要性が叫ばれ、施行する気運が高まってきていることから、このような試みはチャンスで
あり、大いに受け入れられやすい環境が整ってきているものと思料される。すなわち、使用可能なものは極力これを再利用すること、あるいは廃棄するにしても効率よく回収されるようなシステムを構築することが重要であり、求められている。本発明は、接合部を有する構成材からパーツを分離回収する方法において、これを簡単な操作で分離可能とする分離回収方法とそれに適した継ぎ手構造を提供しようというものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そのため本発明者らにおいては上記問題を解決するため鋭意研究した結果、冶金的に接合された接合部を有する金属構成材の接合部に低融点金属を当接し、常温ないし低い加熱温度で該低融点金属を接合界面及びその近傍に拡散させることによって、容易に液化し接合面が分離可能となることを見いだしたものである。本発明はこの知見に基づいてなされたものであり、その構成は以下（１）ないし（４）に記載のとおりである。
【０００７】
（１）  接合された構成材から構成材を構成するパーツを分離回収する方法において、接合部に低融点金属を当接し、常温ないしは低い加熱温度で接合界面に低融点金属を拡散させて、液化し、パーツを再利用可能な状態で分離回収することを特徴とする、構成材の分離回収方法。
（２）  接合された構成材から構成材を構成するパーツを分離回収する方法において、接合部に低融点金属を当接し、常温ないしは低い加熱温度で接合界面に低融点金属を接合界面及びその近傍に拡散させて、液化すると同時に、接合部界面に空隙などの欠陥を導入して、低融点材料の拡散を速め、分離効率を高めたことを特徴とする、構成材の分離回収方法。
（３）  接合される継ぎ手構造において、接合される継ぎ部が、低融点金属と容易に固溶して液化しやすい金属材料によって接合されることを特徴とする、低融点金属の拡散による液化により分離可能とする接合部を有する継ぎ手構造。
（４）  接合される継ぎ手構造において、接合される継ぎ部には、低融点金属に溶けやすいと金属材料を予め挿入しておくことを特徴とする、低融点金属の拡散による液化により分離可能とする接合部を有する継ぎ手構造。
【０００８】
（５）  複数のパーツを接合することによって構成材を作製する方法において、接合面に低融点金属を常温以下の低い温度で拡散させて、接合することを特徴とした、構成材の作製方法。
（６）  該パーツがアルミニウム、スズ、又はインジウムよりなる金属で構成されたパーツである、前記（５）記載の構成材の作製方法。
（７）  該低融点金属がガリウムである、前記（５）記載の構成材の作製方法。
（８）  該複数のパーツの中の少なくとも一つが、廃棄された構成材に低融点金属を当接し、接合界面ないし近傍に高濃度に拡散させて常温で該接合界面を液化させて分離したパーツである、前記（５）ないし（７）記載の何れか１項記載の構成材の作製方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の第１及び第２の発明は、接合部に低融点金属を当接し、常温ないし低い加熱温度で該低融点金属材料を拡散させるという極めて簡単な解決手段を講ずるだけで済み、低エネルギー、低コストで簡単に接合部を分離可能とするもので、これにより高エネルギー消費型、高コスト型処理方法によるしかなかったこれまでの処理手段に比し、低エネルギー、低コストで再使用による有効利用を可能とするもので、循環型社会の構築と産業の発展に大いに貢献し、寄与するものと期待される。
また、本発明の第３及び第４の発明は、上記分離回収方法に適した継ぎ手設計を提供するもので、循環型社会に対して大いに寄与する有効な製品設計を提案するものである。
さらにまた、本発明の第５ないし第８記載の発明は、本発明の分離手法を接合に応用して構成材を製作する手段を開示するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ここに、本発明の第１ないし第２の発明及び第３ないし第４の発明において、冶金的な接合面を有する構成材としては、接合面に金属を含んでいるものであれば特に制限はなく、分離しようとするパーツは金属製に限られるものではなく、それ以外の材質、例えばセラミックス、プラスチック製等非金属製パーツも含まれる。要するに、各パーツが金属層を介して接合されているものは本発明の対象として含むものである。例示すると、セラミックス同士が金属層を介して接合されているものや、セラミックス基板上ないしはシリコン基板上のアルミニウム配線や、アルミニウム層同士が常温接合されてなるもの、アルミニウムとサファイアとが常温接合されてなるもの、高度表面加工してなる真空接合してなる継ぎ手構造等は、これを全て含むものである。さらに目指すところは大型の構造材の継ぎ手や、溶接継ぎ手に対しても適用可能なものを目指しているものである。
【００１１】
本発明において冶金的に接合されている接合面を有する接合部を構成する金属と、当接する低融点金属との関係は、これらの金属が容易に固溶し、より融点の低い材料を形成する低融点金属としてはガリウムまたはガリウムを含む混合金属が挙げられる。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明を実施例あるいは図面に基づいて具体的に説明するが、これらはあくまでも本発明を当業者が容易に理解するための一助として開示するものであって、本発明を限定する趣旨ではない。
【００１３】
実施例１；
アルミニウムとアルミニウム、アルミニウムとサファイアの組み合わせで接合体を作製
した。接合はアルミニウムとサファイアを真空中でＡｒイオンないしはＡｒ高速原子線を照射し、表面を清浄・活性化しその後接触させて表面活性化常温接合を行った〔図１（ａ）〕。この接合界面は強固であり、引っ張り試験などを行うと界面では剥離せずアルミニウム母材側で破壊するほど強度が高かった。こうした強固な接合界面に図１（ｂ）のように液体ガリウムを接触させると接合界面が優先的に溶かされ〔図１（ｃ）〕、特に加熱することなく室温のまま容易に接合部を分離することができる〔図１（ｄ）〕。また、分離した接合界面は再び接触させて常温以下の低い温度拡散させて再び接合することもできる。こうした接合と分離できる組み合わせを例示すると、アルミナやサファイアの接合に限らず、スズ、亜鉛、銅、シリコン、金、インジウムその他の材料にも適用できる。さらに例えば、図１中、１は、アルミニウム、スズ、亜鉛、インジウムであり得る。また、２は、アルミニウム、セラミックス、Ｓｉ、銅、金であり得る。３は、低融点金属でガリウム、ガリウム混合物であり得る。これらの組み合わせを含むものである。
【００１４】
実施例２；
シリコンウエハーの上にアルミニウム薄膜を作製し、別のシリコンウエハーと表面活性化常温接合を行った〔図２（ａ）〕。接合部に液体ガリウムを接触させると〔図２（ｂ）〕、ガリウムはアルミニウムないしはその界面を優先的に溶かすため、室温で特に加熱することなく接合界面は液化し分離する〔図２（ｃ）、図２（ｄ）〕。この実施例は、アルミニウムの他、スズや亜鉛その他の材料にも適応できる。この場合、図２（ａ）の１と３の材料はどのような材料であっても構わない。これは多層薄膜などの分離にも適用できる。こうした接合と分離できる組み合わせを例示すると、例えば、図２中、１は、セラミックス、銅、シリコン、金であり得る。２は、低融点金属に固溶しやすい材料、例えばアルミニウムであり得る。３は、例えばセラミックス、銅、シリコンであり得る。４は、低融点金属で例えばガリウム、ガリウム混合物であり得る。これらの組み合わせを含むものである。
【００１５】
実施例３；
接合前のアルミニウムの表面形状をコントロールし、表面活性化常温接合法によってアルミニウムと接合した〔図３（ａ）〕。接合前の表面形状の粗さに依存した空隙を接合界面に作ることができる。この接合界面の構造によりガリウムの界面の拡散速度を速めることができる。液体ガリウムを界面に接触させると〔図３（ｂ）〕、ガリウムは接合界面を積極的に拡散し、液化して常温で分離することができる〔図３（ｄ）〕。こうした実施は、アルミニウムの他にサファイア、スズ、亜鉛、銅、シリコン、金属、インジウムその他の材料にも適用できることが明らかとなった。図３中、１は、例えばアルミニウムであり得る。２は、アルミニウム、セラミックス、シリコンであり得る。３は、低融点金属で、例えばガリウム、ガリウム混合物であり得る。これらの組み合わせを含むものである。
【００１６】
実施例4；
シリコンウエハー上に薄膜状のアルミニウム配線を作り、金バンプを持ったシリコンチップを常温接合したテスト用サンプルにガリウムを薄膜状の配線に接触させて試験を行った。ガリウムはアルミニウム配線を伝ってシリコンチップとの接合部の金バンプのところまで拡散して進みバンプの下の配線を液化しチップの分離を簡単に行う事ができることが確認された。これにより大きなサイズの接合部のみならず微細な接合部も簡単に分離でき低エネルギー・簡易に効率的なリサイクルを実現する事が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明は、廃棄物を極力減少し、循環型社会を構築する上において極めて基本的な製品設計を提言するものであり、廃棄システムを単に低エネルギー、低コストにするだけではなく、廃棄される部品を極力減らし、一層の有効利用を可能とするシステムを提案するもので、人類社会の要請に適った産業の健全な発展に大いに寄与するものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１で示した接合構造とその分離手段を示す図
【図２】本発明の実施例２で示した接合構造とその分離手段を示す図
【図３】本発明の実施例３で示した接合構造とその分離手段を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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